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CN111377458B - 一种超细硼化铁的制备方法 - Google Patents

一种超细硼化铁的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超细硼化铁的制备方法。将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.01‑1.02;将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为5‑10h,烧结温度为800‑1200℃反应,得到还原料;将还原料继续通入二氧化碳,在温度为700‑850℃反应2‑4h,得到烧结料;将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。本发明可以制备得到超细硼化铁,粒径小且BET大,纯度高。

Description

一种超细硼化铁的制备方法
技术领域
本发明涉及一种超细硼化铁的制备方法,属于粉末制备技术领域。
背景技术
硼化铁(Iron boride)是铁的硼化物,化学式是FeB,分子量为66.66。硼化铁为灰色正交菱形晶体,熔点为1652℃,密度为7.15g/mL。硼化铁的排列方式为锯齿链形,铁原子在三角棱柱体的角上,而硼原子位于三角棱柱体的中心,以共价键的形式连接在锯齿链中。硼化铁的熔点为1652℃,密度为7.15g/mL,溶于稀和浓硝酸、浓和1∶1的盐酸溶液,1∶1的H2SO4和HClO4中,μeff=1.1μB。低温时以α-形式存在,高温下以具有相同Tc(602K)的β-形存在。随磁矩的变化由α向β型转化。二者均能形成铁磁体。与沸水反应。质地坚硬、难熔、耐蚀性好。
其常规的制备方法为:1.将硼与铁按摩尔比1∶1的量混均,在氩气中于1200~1300℃共热制得。2.在氢气中使FeS和BCl3在高于500℃温度下反应,或由氯化亚铁溶液与硼氢化钠(NaBH4)反应制得。
但是常规的制备方法得到的硼化铁粒径较大,且BET较小,活性不高。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种超细硼化铁的制备方法,可以制备得到超细硼化铁,粒径小且BET大,纯度高。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
一种超细硼化铁的制备方法,其为以下步骤:
(1)将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.01-1.02;
(2)将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为5-10h,烧结温度为800-1200℃反应,得到还原料;
(3)将还原料继续通入二氧化碳,在温度为700-850℃反应2-4h,得到烧结料;
(4)将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。
所述步骤(1)葡萄糖酸亚铁溶液的浓度为1.5-3mol/L,硼酸溶液的浓度为1-2mol/L,喷雾干燥采用离心式喷雾干燥机,离心雾化轮的转速为15000-20000r/min,雾化过程进风温度为200-300℃,出料温度≤90℃,雾化液滴的粒径≤50μm,喷雾干燥料的粒径≤20μm。
所述步骤(2)喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结过程,煅烧分为升温过程和保温过程,升温过程的升温速率为100-200℃/h,升温过程开启引风机,将升温过程产生的废气通过引风机排出,维持升温过程烧结炉内的湿度≤20%,然后在保温过程关闭引风机,采用自然排风。
所述步骤(2)中每小时通入的甲烷气体的体积为装入的喷雾干燥料体积的300-800倍。
所述步骤(3)中每小时通入的二氧化碳体积为装入的喷雾干燥料体积的200-500倍,烧结完成后冷却至物料的料温≤60℃后出料。
所述步骤(4)气流粉碎采用高压氮气做为气源,压力为4-7个大气压,同时采用分级轮进行分级,控制出料粒径≤3μm,然后过200目筛后真空包装,得到超细硼化铁。
本发明葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,经过喷雾干燥,将硼酸根与亚铁离子、葡萄酸根一起混合均匀,然后经过在甲烷气氛下煅烧,得到碳包覆和掺杂的硼化铁颗粒,然后再在较低温度下通入二氧化碳,则二氧化碳与炽热的碳反应,得到一氧化碳,从而将包覆和掺杂的碳消耗掉,从而得到硼化铁。
在甲烷气氛下煅烧过程,由于存在葡萄糖酸根存在,在高温下热分解,得到碳,从而有效的避免了相邻的硼化铁之间的粘连和长大融并,从而得到超细的硼化铁,然后再通入二氧化碳气体,可以将掺杂和包覆的碳消耗反应掉,从而得到纯净的硼化铁,同时也可以提高硼化铁的孔隙率,增大BET,增强活性。
本发明可以制备得到超细硼化铁,粒径小且BET大,同时因为本发明的阴离子葡萄糖酸根离子可以高温分解成碳,又被二氧化碳消耗掉,无存留,同时不引入其他杂质,所以得到产品的纯度高。
本发明没有废水产生,环保压力小。
本发明的有益效果是:可以制备得到超细硼化铁,粒径小且BET大,纯度高。
附图说明
附图1为本发明实施例1得到的产品SEM。
附图2为本发明实施例2得到的产品SEM。
附图3为本发明实施例3得到的产品SEM。
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明,本实施例的一种超细硼化铁的制备方法,其为以下步骤:
(1)将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.01-1.02;
(2)将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为5-10h,烧结温度为800-1200℃反应,得到还原料;
(3)将还原料继续通入二氧化碳,在温度为700-850℃反应2-4h,得到烧结料;
(4)将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。
所述步骤(1)葡萄糖酸亚铁溶液的浓度为1.5-3mol/L,硼酸溶液的浓度为1-2mol/L,喷雾干燥采用离心式喷雾干燥机,离心雾化轮的转速为15000-20000r/min,雾化过程进风温度为200-300℃,出料温度≤90℃,雾化液滴的粒径≤50μm,喷雾干燥料的粒径≤20μm。
所述步骤(2)喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结过程,煅烧分为升温过程和保温过程,升温过程的升温速率为100-200℃/h,升温过程开启引风机,将升温过程产生的废气通过引风机排出,维持升温过程烧结炉内的湿度≤20%,然后在保温过程关闭引风机,采用自然排风。
所述步骤(2)中每小时通入的甲烷气体的体积为装入的喷雾干燥料体积的300-800倍。
所述步骤(3)中每小时通入的二氧化碳体积为装入的喷雾干燥料体积的200-500倍,烧结完成后冷却至物料的料温≤60℃后出料。
所述步骤(4)气流粉碎采用高压氮气做为气源,压力为4-7个大气压,同时采用分级轮进行分级,控制出料粒径≤3μm,然后过200目筛后真空包装,得到超细硼化铁。
实施例1
一种超细硼化铁的制备方法,其为以下步骤:
(1)将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.01;
(2)将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为10h,烧结温度为1200℃反应,得到还原料;
(3)将还原料继续通入二氧化碳,在温度为700℃反应4h,得到烧结料;
(4)将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。
所述步骤(1)葡萄糖酸亚铁溶液的浓度为1.5mol/L,硼酸溶液的浓度为1mol/L,喷雾干燥采用离心式喷雾干燥机,离心雾化轮的转速为20000r/min,雾化过程进风温度为300℃,出料温度82℃,雾化液滴的粒径≤50μm,喷雾干燥料的粒径12.4μm。
所述步骤(2)喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结过程,煅烧分为升温过程和保温过程,升温过程的升温速率为100℃/h,升温过程开启引风机,将升温过程产生的废气通过引风机排出,维持升温过程烧结炉内的湿度≤20%,然后在保温过程关闭引风机,采用自然排风。
所述步骤(2)中每小时通入的甲烷气体的体积为装入的喷雾干燥料体积的300倍。
所述步骤(3)中每小时通入的二氧化碳体积为装入的喷雾干燥料体积的500倍,烧结完成后冷却至物料的料温≤60℃后出料。
所述步骤(4)气流粉碎采用高压氮气做为气源,压力为4个大气压,同时采用分级轮进行分级,控制出料粒径1.4μm,然后过200目筛后真空包装,得到超细硼化铁。
最终得到的硼化铁的检测数据如下:
指标 D10 D50 D90 BET Fe
数值 0.4μm 1.4μm 3.2μm 18.4m2/g 83.65%
B O 振实密度 Ni Mn Co
16.29% 0.05% 3.72g/mL 6.1ppm 10.3ppm 8.7ppm
Cd Cu Zn Ca C P
0.1ppm 0.1ppm 0.4ppm 4.5ppm 0.18% 0.0045%
实施例2
一种超细硼化铁的制备方法,其为以下步骤:
(1)将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.02;
(2)将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为10h,烧结温度为1200℃反应,得到还原料;
(3)将还原料继续通入二氧化碳,在温度为850℃反应2h,得到烧结料;
(4)将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。
所述步骤(1)葡萄糖酸亚铁溶液的浓度为3mol/L,硼酸溶液的浓度为2mol/L,喷雾干燥采用离心式喷雾干燥机,离心雾化轮的转速为20000r/min,雾化过程进风温度为200℃,出料温度85℃,雾化液滴的粒径≤50μm,喷雾干燥料的粒径7.9μm。
所述步骤(2)喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结过程,煅烧分为升温过程和保温过程,升温过程的升温速率为100℃/h,升温过程开启引风机,将升温过程产生的废气通过引风机排出,维持升温过程烧结炉内的湿度≤20%,然后在保温过程关闭引风机,采用自然排风。
所述步骤(2)中每小时通入的甲烷气体的体积为装入的喷雾干燥料体积的300倍。
所述步骤(3)中每小时通入的二氧化碳体积为装入的喷雾干燥料体积的200倍,烧结完成后冷却至物料的料温≤60℃后出料。
所述步骤(4)气流粉碎采用高压氮气做为气源,压力为4个大气压,同时采用分级轮进行分级,控制出料粒径2.1μm,然后过200目筛后真空包装,得到超细硼化铁。
最终得到的碱式磷酸铁铵的检测数据如下:
指标 D10 D50 D90 BET Fe
数值 0.5μm 2.1μm 4.9μm 17.2m2/g 83.51%
B O 振实密度 Ni Mn Co
16.39% 0.06% 3.67g/mL 6.6ppm 10.8ppm 8.1ppm
Cd Cu Zn Ca C P
0.1ppm 0.1ppm 0.3ppm 4.2ppm 0.17% 0.0043%
实施例3
一种超细硼化铁的制备方法,其为以下步骤:
(1)将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.015;
(2)将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为8h,烧结温度为1000℃反应,得到还原料;
(3)将还原料继续通入二氧化碳,在温度为780℃反应3h,得到烧结料;
(4)将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。
所述步骤(1)葡萄糖酸亚铁溶液的浓度为2mol/L,硼酸溶液的浓度为1.2mol/L,喷雾干燥采用离心式喷雾干燥机,离心雾化轮的转速为18000r/min,雾化过程进风温度为250℃,出料温度87℃,雾化液滴的粒径≤50μm,喷雾干燥料的粒径10.5μm。
所述步骤(2)喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结过程,煅烧分为升温过程和保温过程,升温过程的升温速率为150℃/h,升温过程开启引风机,将升温过程产生的废气通过引风机排出,维持升温过程烧结炉内的湿度≤20%,然后在保温过程关闭引风机,采用自然排风。
所述步骤(2)中每小时通入的甲烷气体的体积为装入的喷雾干燥料体积的500倍。
所述步骤(3)中每小时通入的二氧化碳体积为装入的喷雾干燥料体积的350倍,烧结完成后冷却至物料的料温≤60℃后出料。
所述步骤(4)气流粉碎采用高压氮气做为气源,压力为6个大气压,同时采用分级轮进行分级,控制出料粒径1.7μm,然后过200目筛后真空包装,得到超细硼化铁。
最终得到的碱式磷酸铁铵的检测数据如下:
指标 D10 D50 D90 BET Fe
数值 0.5μm 1.7μm 4.4μm 18.3m2/g 83.55%
B O 振实密度 Ni Mn Co
16.31% 0.05% 3.69g/mL 6.2ppm 10.1ppm 7.4ppm
Cd Cu Zn Ca C P
0.1ppm 0.1ppm 0.2ppm 4.1ppm 0.18% 0.0046%
如图1、2和3所示,为本发明实施例1、2和3得到的产品的SEM,从SEM来看,由于最后碳的分解,即二氧化碳与碳反应,得到一氧化碳,一氧化碳逸出,则产生大量的孔洞,则从SEM来看,为炸裂状,表面很不光滑,所以比表面积大,且粒径小。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种超细硼化铁的制备方法,其特征在于,为以下步骤:
(1)将葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸溶液混合后,喷雾干燥,得到喷雾干燥料,葡萄糖酸亚铁溶液与硼酸的摩尔比为1:1.01-1.02;
(2)将喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结,烧结时间为5-10h,烧结温度为800-1200℃反应,得到还原料;
(3)将还原料继续通入二氧化碳,在温度为700-850℃反应2-4h,得到烧结料;
(4)将烧结料经过气流粉碎、筛分和真空包装,得到超细硼化铁。
2.根据权利要求1所述的一种超细硼化铁的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)葡萄糖酸亚铁溶液的浓度为1.5-3mol/L,硼酸溶液的浓度为1-2mol/L,喷雾干燥采用离心式喷雾干燥机,离心雾化轮的转速为15000-20000r/min,雾化过程进风温度为200-300℃,出料温度≤90℃,雾化液滴的粒径≤50μm,喷雾干燥料的粒径≤20μm。
3.根据权利要求1所述的一种超细硼化铁的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)喷雾干燥料在甲烷气氛中烧结过程,煅烧分为升温过程和保温过程,升温过程的升温速率为100-200℃/h,升温过程开启引风机,将升温过程产生的废气通过引风机排出,维持升温过程烧结炉内的湿度≤20%,然后在保温过程关闭引风机,采用自然排风。
4.根据权利要求1所述的一种超细硼化铁的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中每小时通入的甲烷气体的体积为装入的喷雾干燥料体积的300-800倍。
5.根据权利要求1所述的一种超细硼化铁的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中每小时通入的二氧化碳体积为装入的喷雾干燥料体积的200-500倍,烧结完成后冷却至物料的料温≤60℃后出料。
6.根据权利要求1所述的一种超细硼化铁的制备方法,其特征在于:所述步骤(4)气流粉碎采用高压氮气做为气源,压力为4-7个大气压,同时采用分级轮进行分级,控制出料粒径≤3μm,然后过200目筛后真空包装,得到超细硼化铁。
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